説明

コンデンサ

【課題】コンデンサ装置の低インダクタンス化を実現すること、および各コンデンサ素子に流れる電流の分布を均一化することを目的とする。
【解決手段】第1のコンデンサ素子と第1のコンデンサ素子と極性を対向させ配置した第2のコンデンサ素子を有し、第1のコンデンサ素子の正極に接続する導体と第2のコンデンサ素子の負極に接続する導体を接近配置し、第1のコンデンサ素子の負極に接続する導体と第2のコンデンサ素子の正極に接続する導体を接近配置し、各導体をケース外部へ引き出すことにより、外部回路との接続端子とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は複数のコンデンサ素子を導体で接続したコンデンサ装置に関する。
【背景技術】
【0002】
高耐圧・大容量の電力変換器などに用いられるコンデンサ装置は、コンデンサ装置内部にて複数のコンデンサ素子を導体により直列および並列接続していた。このとき、複数のコンデンサ素子を導体にて接続するため、コンデンサ装置と外部回路との接続端子から見て手前に接続されたコンデンサ素子と、離れた位置に接続されたコンデンサ素子では、コンデンサ装置の外部回路接続端子と各コンデンサ素子端子間のインダクタンスに差異が生じるため、特に高周波領域では電流分布が均一となっておらず、コンデンサ装置のインダクタンスが大きくなっていた。また、インダクタンスに差異が存在するため、コンデンサ装置の外部回路接続端子から見た手前のコンデンサ素子に電流の高周波成分が集中し、外部回路接続端子から離れた位置に接続されたコンデンサ素子に対し発熱が大きくなる。ヒートサイクルはコンデンサの寿命を決める一因であり、コンデンサ装置の寿命を決める場合、最も条件の厳しい手前のコンデンサ素子に依存していた。
【0003】
従来技術の特許文献には、正極および負極導体を接近配置させることにより互いの導体が作る磁束を相殺することにより低インダクタンス化を図り、各コンデンサ素子の電流分布均一化を行っているが、導体が接近配置されていない箇所があるため、低インダクタンス化・電流分布均一化に限界があった。また、あるコンデンサ素子の正極と、これに隣接するコンデンサ素子の負極が全て接近配置されるため、コンデンサ素子電極の沿面距離を確保する必要があり、高耐圧かつ大電流が必要なコンデンサ素子では小型化に限界があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2005−93516号公報
【特許文献2】特開平9−308267号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
従来技術では図12において、電流経路対向部39ではブスバーに流れる電流方向が対向しており、インダクタンスの低減に効果があるが、電流経路非対向部40が存在し、この部分においてインダクタンスの低減ができていない。
【0006】
図13に従来技術のもう一つの例を示す。図13において、切欠きの入った正極および負極導体を、切欠きが交互となるよう接近配置し、隣接するコンデンサ素子の正極および負極が対向するようコンデンサ素子を接続している。これにより正極および負極導体の電流経路が対向すること、およびコンデンサ素子に流れる電流経路が対向することによるインダクタンス低減を実現している。しかし図13において、隣り合うコンデンサ素子43とコンデンサ素子44は異なる電位の電極が接近しており、高耐圧かつ大電流の用途において大きな沿面距離を確保する必要があり、小型化には向かない。また、コンデンサ素子単体の静電容量を大きくし、コンデンサ装置を大静電容量化する場合、コンデンサ素子の径を大きくする、または高さを伸ばす必要がある。径を大きくした場合、電流経路が対向していないコンデンサ素子の電極から、正極または負極導体までの距離が伸びるためインダクタンスが増大する。また、コンデンサ素子の高さを伸ばした場合、コンデンサ素子の高さ分だけ必要となる導体が増えるため、コンデンサ装置が重くなる。
【0007】
本発明は上記の欠点を改善するために提案されたもので、その目的は、コンデンサ装置内部における正極・負極ブスバーの電流経路を全て対向させることによる、コンデンサ装置全体の低インダクタンス化およびコンデンサ装置内部ブスバーの低インダクタンス化による各コンデンサ素子に流れる電流分布の均一化を図ることにある。また、コンデンサ素子の異なる電位の電極が接近する箇所を少なくすることによるコンデンサ装置の小型化を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記の目的を達成するため、本発明は、コンデンサ素子を収納するケースと、上面と底面に正極または負極を有する2つのコンデンサと、各コンデンサ素子の電極を接続する導体と、各コンデンサ素子および導体の絶縁を確保するための絶縁物と、各コンデンサ素子および導体を支持する構造物と、ケース外部に正極端子、および負極端子を有するコンデンサ装置において、第1のコンデンサ素子と第1のコンデンサ素子と極性を対向させ配置した第2のコンデンサ素子を有し、第1のコンデンサ素子の正極に接続する導体と第2のコンデンサ素子の負極に接続する導体を接近配置し、第1のコンデンサ素子の負極に接続する導体と第2のコンデンサ素子の正極に接続する導体を接近配置し、各導体をケース外部へ引き出すことにより、外部回路との接続端子とすることを特徴とするコンデンサ装置を発明の要旨とするものである。
【発明の効果】
【0009】
本発明によって、複数のコンデンサ素子を並列接続することにより大静電容量を実現するコンデンサ装置において、コンデンサ装置全体の低インダクタンス化および内部コンデンサ素子に流れる電流分布を均一化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明のコンデンサ装置、第1の実施例を示す。
【図2】本発明のコンデンサ装置、第2の実施例を示す。
【図3】コンデンサ素子間および導体間の絶縁物挿入例を示す。
【図4】コンデンサ素子間および導体間の絶縁物挿入例を示す。
【図5】コンデンサ素子間および導体間の絶縁物挿入例を示す。
【図6】第1および第2の実施例に示すコンデンサ装置と外部回路の接続端子構造を示す。
【図7】コンデンサ素子の支持方法例を示す。
【図8】コンデンサ素子と導体の接続例を示す。
【図9】本発明の第3の実施例を示す。
【図10】第3の実施例に示すコンデンサ装置とスイッチング素子との接続例を示す。
【図11】第3の実施例に示すコンデンサ装置とスイッチング素子との接続例を示す。
【図12】従来例を示す。
【図13】従来例を示す。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【実施例1】
【0012】
本発明の実施例について説明する。図1は本発明の第1の実施例を示す。図において、1はケース、2は第1のコンデンサ素子、3は第2のコンデンサ素子、4は正極端子および各コンデンサ素子の正極に接続された導体、5は負極端子および各コンデンサ素子の負極に接続された導体、6は各コンデンサ素子および導体間の絶縁を確保するための絶縁物である。図1の様に、第1のコンデンサ素子と第2のコンデンサ素子を配置し、上下から正極導体と負極導体を接近配置した構成で導体を接続することにより、正極および負極導体に流れる電流経路が対向するため、インダクタンスの低減が可能となる。これにより、コンデンサ装置の外部回路と接続するための入出力端子から各コンデンサ素子端子までのインダクタンスの差が小さくなり、各コンデンサに流れる電流が均一となる。
【実施例2】
【0013】
図2は本発明の第2の実施例を示す。図2において、7は第1のコンデンサ素子群、8は第2のコンデンサ素子群、9は各コンデンサ素子群の正極端子に接続される正極導体、10は各コンデンサ素子群の負極端子に接続される負極導体、11は各導体を接近配置したものである。図2に示す様に、各導体の電流経路が対向することにより、低インダクタンス化を図る。コンデンサ素子間の沿面距離は、第1のコンデンサ素子群7と第2のコンデンサ素子群8間のみ考慮すればよく、各コンデンサ素子群内のコンデンサ素子間においては考慮する必要がない。
【0014】
第1〜2の実施例に記載のコンデンサ装置において、各コンデンサ素子に流れる電流分布が均一化するため、各コンデンサ素子の温度変化が均一化する。これによりヒートサイクルによって決まる各コンデンサ素子の寿命を均一化する。
【0015】
図3は第1〜2の実施例に記載のコンデンサ装置において、各導体間の絶縁を確保するための絶縁物15と、各コンデンサ素子または素子群12間の沿面距離を確保するための絶縁物16の挿入位置の一例を示したものである。絶縁距離および沿面距離は、コンデンサ装置の電流・電圧定格による所定の距離を確保する。
【0016】
図4は第1〜2の実施例に記載のコンデンサ装置において、コンデンサ素子または素子群12の配置を変更したものの一例を示したものである。この例において、隣り合うコンデンサユニット17間の極性が対向しているため、コンデンサユニット17間の沿面距離を確保するための絶縁物18を挿入する。
【0017】
図5は第1〜2の実施例に記載のコンデンサ装置において、図4に示すコンデンサユニット配置を変更したものの一例を示したものである。この例において、隣り合うコンデンサユニット17間の極性は一致しており、コンデンサユニット17間の沿面距離を考慮する必要はない。
【0018】
図6は第1〜2の実施例に記載のコンデンサ装置において、コンデンサ装置外部回路との接続のための入出力端子取り出し方法の一例を示したものである。外部回路との接続端子21を備えた、正極取り出し端子19および負極取り出し端子を各コンデンサ素子に接続された導体と接続する。
【0019】
図7は第1〜2の実施例に記載のコンデンサ装置において、コンデンサ素子22の支持方法の一例を示したものである。コンデンサ素子22を複数使用する場合は、支持部材23によりコンデンサ素子22を束ね、支持する。なお、使用するコンデンサ素子22全てを一括して支持部材23により支持せず、いくつかに分けて支持してもよい。また、支持部材は各コンデンサ素子間,各導体間に存在する絶縁物によって兼ねてもよい。
【0020】
図8は第1〜2の実施例に記載のコンデンサ装置において、コンデンサ素子22と導体24の接続方法の一例を示したものである。コンデンサ素子22と導体24は、接続部25により接続され、コンデンサ素子22の電極形状により、半田,ねじ止め,コネクタ等による接続が考えられる。
【実施例3】
【0021】
図9は本発明の第3の実施例を示す。第1〜2の実施例に示したコンデンサ装置を直流平滑コンデンサ26に用いた半導体電力変換器において、半導体スイッチを導通させた際、直流平滑コンデンサ26・半導体電力変換器27・負荷28および各要素を接続する導体で構成される電流経路での総インダクタンスは、コンデンサ装置が低インダクタンスとなることにより小さくなる。電流経路が低インダクタンスとなるため、半導体スイッチを高速でスイッチングし、スイッチング損失を低減する場合において電圧跳ね上がりが小さくすることが可能である。これにより半導体電力変換器の冷却機構を簡素化することができる。
【0022】
図10および図11は第3の実施例において、直流平滑コンデンサと半導体電力変換器との接続例を示したものである。
【産業上の利用可能性】
【0023】
本発明は両端面に電極を持つコンデンサ素子を複数並列接続し、所望の静電容量を実現するコンデンサ装置に関するものである。特に、高耐圧大容量を必要とする自動車,鉄道車両や自然エネルギーなどの変換器におけるフィルタコンデンサに適用可能である。
【符号の説明】
【0024】
1 ケース
2 第1のコンデンサ
3 第2のコンデンサ
4 正極端子
5 負極端子
6,15,16,18 絶縁物
7 第1のコンデンサ素子群
8 第2のコンデンサ素子群
9,13,33,37,41 正極導体
10,14,34,38,42 負極導体
11 正極導体と負極導体を組み合わせ導体
12 コンデンサ素子または素子群
17 コンデンサユニット
19 正極取り出し端子
20 負極取り出し端子
21 外部回路との接続端子
22,43,44 コンデンサ素子
23 支持部材
24 導体
25 接続部
26 直流平滑コンデンサ
27 半導体電力変換器
28 負荷
29 直流電源
30 直流平滑リアクトル
31 IGBTモジュール
32 ベース
35 出力導体
36 コンデンサ装置
39 電流経路対向部
40 電流経路非対向部

【特許請求の範囲】
【請求項1】
コンデンサ素子を収納するケースと、上面と底面に正極または負極を有する2つのコンデンサ素子と、各コンデンサ素子の電極を接続する導体と、各コンデンサ素子および導体の絶縁を確保するための絶縁物と、各コンデンサ素子の支持部材と、ケース外部に正極端子、および負極端子を有するコンデンサ装置において、第1のコンデンサ素子と第1のコンデンサ素子と極性を対向させ配置した第2のコンデンサ素子を有し、第1のコンデンサ素子の正極に接続する導体と第2のコンデンサ素子の負極に接続する導体を接近配置し、第1のコンデンサ素子の負極に接続する導体と第2のコンデンサ素子の正極に接続する導体を接近配置し、各導体をケース外部へ引き出すことにより、外部回路との接続端子とすることを特徴とするコンデンサ装置。
【請求項2】
請求項1に記載のコンデンサ装置において、第1のコンデンサ素子を複数有する第1のコンデンサ素子群と、第2のコンデンサ素子を複数有する第2のコンデンサ素子群を有することを特徴とするコンデンサ装置。
【請求項3】
請求項1または2に記載のコンデンサ装置において、第1のコンデンサ素子または素子群と第2のコンデンサ素子または素子群を接続する導体間に絶縁物を挿入し、所定の絶縁距離を確保し、導体をラミネートブスバーとすることを特徴とするコンデンサ装置。
【請求項4】
請求項1または2または3に記載のコンデンサ装置において、第1のコンデンサ素子または素子群と第2のコンデンサ素子または素子群間の、電極間を所定の沿面距離を確保することを特徴とするコンデンサ装置。
【請求項5】
請求項1ないし請求項4のいずれかに記載のコンデンサ装置を搭載した電力変換装置。
【請求項6】
請求項5に記載の電力変換装置において、コンデンサ装置を直流平滑コンデンサとして用い、スイッチング素子とラミネートブスバーで接続することを特徴とする電力変換装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【図12】
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【図13】
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【公開番号】特開2011−258848(P2011−258848A)
【公開日】平成23年12月22日(2011.12.22)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−133505(P2010−133505)
【出願日】平成22年6月11日(2010.6.11)
【出願人】(000005108)株式会社日立製作所 (27,607)
【Fターム(参考)】